影響水泥穩定土基層強度因素分析

張莉

【摘 要】 文章主要從形成水泥穩定土強度的物理原理和化學原理出發，通過分析影響其強度的主要因素，進而為有效控制水泥穩定土基層各施工環節，確保其強度和施工質量提出有效建議。

【關鍵詞】 水泥穩定土 基層 強度 控制

1 概述

水泥穩定土以其強度高，穩定性好，整體性好，承載力高，便于工廠化施工等優點，廣泛適用于我國各級公路路面結構的基層和底基層中。水泥穩定土基層是在經過粉碎的或原來松散的土中，摻入適量的水泥和水，經拌和得到的混合料再經過壓實和養生后，使其抗壓強度符合規定要求的路面結構層。公路路面基層是承受行車荷載的主要結構層，其強度的高低直接決定著路面結構的承載能力。它的施工是路面施工的關鍵環節，其施工質量的好壞，直接決定著整個路面施工的成敗，影響到路面整體的使用壽命。如果對水泥穩定土施工個環節管理不到位，控制不嚴格，將會導致基層強度不足、整體性差、平整度差等質量缺陷，所以，如何采取有效措施，切實保證水泥穩定土基層強度，是水泥穩定土基層施工的關鍵環節，也是整個路面工程施工的重要環節之一。

2 形成水泥穩定土強度的原理

在水泥穩定土的形成過程中，水泥、土、水之間會發生多種復雜的物理、化學作用，從而使土的性狀發生改變，擁有一定的力學強度和整體性。這其中，主要有以下四個方面的作用。

2.1 土體本身的強度

松散的或經粉碎的土體在和水泥、水等均勻拌和后，再經一定的壓實功作用，板結形成一個整體性較好的平整的路面結構層，具有一定的承載能力。其結構層初期抗剪強度可按土體抗剪強度公式=c+σtan計算。

2.2 離子交換作用

土中的黏土顆粒由于顆粒細小，表面積較大，具有較高的活性，當黏土與水接觸時，黏土顆粒表面通常帶有一定量的負電荷，在黏土顆粒周圍形成了一個電場，帶負電的黏土顆粒，吸引周圍溶液中的正離子，比如K+、Na+以及硅酸鹽水泥水化后所產生的Ca2+等離子，從而以化學鍵的形式形成穩定的化學結構，使黏土顆粒間的距離減小，相互靠攏、凝聚，使其具有一定的強度和穩定性。

2.3 化學激發作用

鈣離子的存在不僅影響了黏土顆粒表面的結構，而且在這種堿性溶液環境下，改變了土的化學性質。其中，氫氧化鈣能提高水泥穩定土的強度和水穩定性。當土顆粒周圍介質的PH值增加到一定程度時，黏土礦物中的部分SiO2和Al2O3活性被激發，與溶液中Ca2+發生反應，形成硅酸鈣和鋁酸鈣等，這些礦物具有膠凝能力，與水化產物一起，將黏土結成一個整體。

2.4 碳酸化作用

水泥水化生成的Ca（OH）2不但與黏土礦物發生化學反應，還能與空氣中的CO2發生碳化反應生成碳酸鈣結晶，碳酸鈣生成過程中體積膨脹，也可對土的基體起到填充和加固作用。

3 影響水泥穩定土混合料強度的因素

一般來說，常用兩種指標來標示水泥穩定土：強度指標和耐久性指標，強度指標通常用的是7d齡期的無側限抗壓強度，耐久性指標常用干濕循環試驗或凍融循環試驗。在實際施工中，我國現行施工規范僅采用了7d齡期的無側限抗壓強度來作為其強度控制指標，而對耐久性指標卻沒做要求。為了有效控制水泥穩定土基層強度，必須從影響其強度的具體因素入手，采取有針對性的措施，合理選擇原材料，科學安排各施工工藝，才能保證施工質量，嚴格控制其強度指標。

3.1 土質

雖然各類砂礫土、黏土、粉土都可以做成水泥穩定，但是不同的土質及其性質是影響水泥穩定土強度的重要因素。經試驗和生產實踐證明：碎（礫）石組成的級配良好的水泥穩定土效果最好，不但強度夠高，而且節省水泥用量，其次是砂性土，粉土和黏土的效果最差，一般要求土的塑性指數小于20。所以施工時，土質選擇順序是級配碎石、級配礫石、碎礫石土、砂性土，粘土、粉土。其中粉土和粘土是不得已時才選擇。

3.2 水泥的成分和劑量

各種類型的水泥都可以用于穩定土，但是經過實踐證明，水泥的礦物成分和分散度也對穩定效果有著明顯的影響。對于同一類土，硅酸鹽水泥的穩定效果最好，鋁酸鹽水泥的穩定效果較差。在水泥硬化條件相似時，礦物成分相同時，隨著水泥分散度的增加，其活性硬化能力也有所增大，從而大大提高水泥穩定土的強度。

水泥用量越大，水泥穩定土的強度越高，但是水泥劑量過大，在經濟上是不合理的，成本較高，而且水泥量過大時，容易產生溫縮和干縮裂紋。經過實踐證明，一般認為水泥穩定土的水泥劑量應該在3-6%之間較為合適，最大不超過7%。水泥劑量太小則沒有起到應有的穩定作用，太大則會引起溫縮裂縫，而且，當水泥劑量超過7%以后，再增加水泥計量，對穩定土的強度提高并不明顯，遠沒有改善土粒級配更為有效。

對于中粒土和粗粒土，水泥劑量是指水泥土中水泥質量和干土質量的百分比，這其中，水泥劑量分設計劑量和施工劑量兩種，施工劑量一般是通過設計劑量配好后，再用EDTA滴定法測定。

EDTA水泥滴定法是測定水泥穩定土中水泥劑量，其原理是加入10%NH4Cl溶解穩定土中的水泥，浸取Ca2+，通過EDTA的消耗量求出穩定土中鈣離子的濃度，進而求出水泥穩定土中水泥的劑量。EDTA水泥滴定法適用于粗、中、細粒土，檢測結果不受水泥穩定土的齡期（7d）影響，且在穩定土的含水量變化在±2%時，不會影響的其測定結果。

3.3 混合料的干密度和含水量

水泥穩定土的干密度對其強度的影響很大，干密度與土的顆粒密度、級配以及壓實標準有關。施工中，應選擇較為科學合理的壓實機械、壓實方法和壓實遍數，以求實現最大干密度。一般說來，干密度值越高，抗壓強度相對a提高。

含水量對于穩定土的強度影響在于，含水量不足時，就不能完全水化和水解混合料中的水泥，所以不能完全發揮水泥的穩定作用，影響其強度的形成。另外，含水量過大或者過小，也影響混合料的壓實度，不能或者不易實現最大干密度。endprint

所以只有保證最佳含水率時，才能滿足水泥的水解作用和混合料的壓實度。一般，水泥水化水量占到水泥重量的20%，對于砂性土，完全水化達到最高強度的含水率較最佳密度的含水率為小，而黏性土則相反。

3.4 施工工藝

在施工過程中，是否能夠準確的配制混合料，均勻的拌和和足夠的碾壓，都直接影響到水泥穩定土的強度和耐久性。

在施工中，混合料的配合比是最容易失控的環節，首先是集料級配的準確性，其次是水泥劑量和用水量。如果設計中要摻入外加劑，外加劑摻量的準確性也是不可忽視的，配料準確性是保證水泥穩定土實現設計要求的基本前提。因此，現在一般多要求采用廠地集中自動計量配料機械拌和。路拌法施工配料的精度較差。

水泥從開始加水拌和到完成壓實，要求時間越短越好，一般要控制在3h以內，如果時間過長，就會導致水泥凝結，在碾壓時，則不能達到壓實要求，同時也會破壞已經硬化的水泥凝膠作用，反而降低水泥穩定土的強度。

水泥穩定土在碾壓密實后，要注意濕法養生，保證濕度和溫度，以此來滿足水泥水化形成強度的要求，養生溫度越高，強度增長越快。經常保持表面濕潤也可以大大減少干縮裂縫。

4 結語

公路工程的建設質量和使用壽命關乎到國家和人民的生命財產安全，公路路面的早期病害已經成為公路損壞的主要危害之一，所以應該從施工各個環節入手，針對影響水泥穩定土基層強度的影響因素，采取一系列的有效措施和辦法，嚴格控制水泥穩定土基層強度，確保公路基層質量，才能減少或者避免路面的早期病害。

參考文獻：

[1]劉國杰.水泥穩定碎石基層技術經濟研究[J].公路，2004年10期.

[2]劉智.丹本高速公路水泥穩定碎石基層實驗段施工技術分析[J].遼寧交通科技，2004年12期.

[3]唐銘爰.公路水泥穩定粒料基層早期開裂的原因及防治[J].湖南交通科技，2004年04期.

[4]中華人民共和國行業標準.JTG E51—2009公路工程無機結合料穩定材料試驗規程[S].北京：人民交通出版社，2009.

[5]中華人民共和國行業標準.JTJ 034—2000公路路面基層施工技術規范[S].北京：人民交通出版社，2000.endprint